基于PQI指標的瀝青路面技術狀況預測研究

于忠慶

(龍建路橋股份有限公司華南分公司，黑龍江 哈爾濱 150090)

1 瀝青路面破壞形式及技術指標變化

1.1 瀝青路面破壞形式

(1)裂縫類

裂縫主要的表現(xiàn)形式有：龜裂(網(wǎng)裂)、橫縱向裂縫等。影響裂縫產(chǎn)生的因素有組成結(jié)構原材料的特性、環(huán)境因素、公路等級、車輛荷載以及施工工藝等，路面結(jié)構材料較優(yōu)、環(huán)境條件適宜、車輛荷載較低、采用先進的施工工藝均會降低瀝青路面產(chǎn)生裂縫的幾率。裂縫類病害也是瀝青路面的主要破壞形式，如瀝青路面產(chǎn)生裂縫不能及時妥善處理，會造成裂縫繼續(xù)擴張，同時外界水分等不良因素會對路面結(jié)構層產(chǎn)生更大的破壞，因此，當路面裂縫發(fā)展到一定程度或剛剛產(chǎn)生時應立即妥善展開養(yǎng)護維修工作。

(2)變形類

瀝青路面變形類破壞的主要表現(xiàn)形式有沉陷、車轍、波浪擁包等，產(chǎn)生原因主要在于路面基層結(jié)構承載能力不足、車輛的重復荷載、瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性較差。變形類破壞會降低車輛行駛的安全性，當車輛運行速度越快，所引起的不安全性也越大；變形量過大也會在行車過程中產(chǎn)生顛簸，造成駕駛員的不適，影響車速；同時變形類破壞也會使瀝青路面在下雨天產(chǎn)生積水現(xiàn)象，使得瀝青路面產(chǎn)生變形類破壞與水損害耦合導致瀝青路面加速破壞。變形類損壞也是瀝青路面較為突出的損壞形式，現(xiàn)已被廣泛重視。

(3)其他類

其他類損壞形式其產(chǎn)生原因沒有很明顯的共同特點，如坑槽、松散、泛油、修補等?？硬郛a(chǎn)生的原因可能在于局部瀝青路面施工質(zhì)量不良、含水量過大，造成瀝青路面局部位置率先產(chǎn)生坑槽，隨著車輛荷載作用坑槽不斷擴大。松散產(chǎn)生的原因可能在于瀝青與石料粘結(jié)力不足或瀝青路面在低溫環(huán)境下施工使瀝青不能很好的與集料結(jié)合造成松散。造成泛油的原因可能是混合料中瀝青含量過高，或者是低溫季節(jié)的鋪裝導致路面失去了太多的填隙材料。當環(huán)境溫度升高時，礦料在荷載作用下被擠壓，瀝青向上運動泛出，導致路面出現(xiàn)油層。這些均屬于瀝青路面的破壞形式，均對瀝青路面技術狀況產(chǎn)生不良影響。

1.2 瀝青路面技術指標變化

瀝青路面技術指標會隨著時間的延長，瀝青路面的技術指標逐步下降。有研究表明，瀝青路面在其使用年限的前3/4的時間內(nèi)路面技術狀況下降了2/5左右，而在隨后的12%的時間內(nèi)路面技術狀況出現(xiàn)了加速下降的趨勢，再次下降了2/5。相應的一些研究者針對預防性養(yǎng)護進行探究，對一般的高速公路瀝青路面，若在早期展開預防性養(yǎng)護，只需對路面進行稀漿封層表面處治，若待到中期再展開預防性養(yǎng)護，則需要對路面進行罩面處理，其養(yǎng)護成本比早期提高了好幾倍。因此確切地預測瀝青路面變化狀況，采用預防性養(yǎng)護措施，對瀝青路面合理的進行養(yǎng)護將在瀝青路面整個運營周期起到至關重要的作用。

1.3 瀝青路面的PQI指標

根據(jù)《公路技術狀況評定標準》(JTG h20-2007)規(guī)范的規(guī)定，瀝青路面使用性能指數(shù)(PQI)作為評價瀝青路面狀況的指標，瀝青路面使用性能指數(shù)(PQI)是由路面損壞狀況指數(shù)PCI、路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面車轍深度指數(shù)RDI、路面跳車指數(shù)PBI、路面磨耗指數(shù)PWI、路面抗滑性能指數(shù)SRI和路面結(jié)構強度指數(shù)PSSI七個指標共同決定，PQI計算公式為式(1)。

PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wPBIPBI+wPWIPWI+wSRISRI+wPSSIPSSI

(1)

式中：wPCI、wPQI、wPDI、wPBI、wPWI、wSRI、wPSSI分別為對應指標在PQI中所占權重。

2 基于PQI指標的瀝青路面技術狀況預測

我國以瀝青路面PQI指標作為評價瀝青路面狀況的指標，掌握PQI的變化情況就能及時了解路面所處狀況，在恰當?shù)臅r機對路面進行養(yǎng)護維修使路面維持在較好等級。本文選取哈大高速公路某段歷年PQI指標對瀝青路面技術狀況進行分析研究。

2.1 哈大高速瀝青路面使用性能狀況

根據(jù)調(diào)查收集到哈大高速歷年來PQI指標見表1、如圖1所示。

表1 哈大高速瀝青歷年PQI指標

圖1 PQI指標變化曲線圖

從圖1中可以看出哈大高速在改建后PQI指標一直處在較高水平，隨著運營通車年限增加PQI指標逐漸降低；在2014年PQI指標較前一年明顯提高，經(jīng)調(diào)查得知是因為管理部門對哈大高速進行了適當?shù)酿B(yǎng)護維修。通過圖1可以得出養(yǎng)護維修能快速有效的提升路面性能指數(shù)，但改善效果無法達到路面竣工驗收時的狀況，該結(jié)果對后面瀝青路面性能預測提供重要依據(jù)。

2.2 瀝青路面使用性能變化預測

從圖1可知2013年哈大高速進行了養(yǎng)護維修，為使路面性能預測期內(nèi)進行正常養(yǎng)護，所以選擇2011年和2014年PQI進行預測。哈大高速公路在2009年完成改建工程，因此假定哈大高速瀝青路面2009年建成后的PQI為100，用這三個具有代表性的年份預測未來設計年限內(nèi)的路面PQI指數(shù)變化情況。采用不同擬合方程，對三個代表年份的PQI指數(shù)進行擬合，擬合情況如圖2所示。

圖2 哈大高速歷年PQI擬合圖

根據(jù)圖2擬合曲線，對瀝青路面PQI指標進行預測，不同擬合函數(shù)，得到不同預測值，預測結(jié)果見表2，如圖3所示。

表2 歷年PQI擬合預測數(shù)據(jù)

圖3 哈大高速歷年PQI擬合預測

分析預測的歷年PQI值，結(jié)合2014年實際數(shù)據(jù)，從圖3中可看出多項式擬合出現(xiàn)明顯不合理，所以將其剔除后采用其他多項式擬合預測哈大高速PQI指標。將不同擬合形式按擬合接近程度進行排序，關系為對數(shù)函數(shù)=乘冪函數(shù)>指數(shù)函數(shù)=線性函數(shù)，因此取其中兩個代表函數(shù)進行預測，預測結(jié)果見表3。

表3 哈大高速歷年PQI預測數(shù)據(jù)

由于眾多因素不確定性，本文根據(jù)擬合吻合程度R2的大小，對預測數(shù)據(jù)進行總結(jié)，有53.26%情況下，哈大高速到2017年指標為93.9，有46.74%情況下，哈大高速到2020年指標為92.8。按照PQI評價指標，此時哈大高速瀝青路面使用狀態(tài)仍然處于優(yōu)良狀態(tài)，根據(jù)擬合指標R2大小可以得到，在正常養(yǎng)護條件下PQI指標隨運營年限成對數(shù)關系變化。

4 結(jié) 論

瀝青路面隨著運營時間增加，在環(huán)境、車載等條件作用下會出現(xiàn)不同程度病害，分析病害產(chǎn)生的原因?qū)⑵錃w納總結(jié)成三類破壞形式：裂縫類、變形類、其他類。

瀝青路面技術狀況指數(shù)PQI由PCI、RQI、RDI、PBI、PWI、SRI和PSSI七個指標共同決定。

隨著運營通車年限增加PQI指標逐漸降低，當進行適當養(yǎng)護維修后PQI指標有明顯的提高，但不能恢復到竣工最初的指標。

根據(jù)哈大高速公路歷年的PQI指標預測，在正常養(yǎng)護維修條件下，PQI指標隨運營年限成對數(shù)關系變化。